JP6774516B2 - 一次産業の統合型工場育成システム - Google Patents
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Description
育成物を階層化された統合工場ユニットの各階に収納して人工環境下で育成し、地域統合管理センタは、育成物の育成状況を判断する育成状況判断部、及び 、専用工場ユニット又は統合工場ユニットへの日照量を制御する日照量制御部を備え、育成状況判断部は、センサ及び撮像カメラを用いて育成物の育成状況を判断し、育成状況データを温湿度制御部により記録された温湿度データ及び日照量制御部により記録された日照量データと関連付けて育成物データベースに保存し、地域統合管理センタは、日照量データを日照量制御部にフィードバックすることを特徴とする。
地域統合管理センタは、各専用工場ユニットと、統合工場ユニットとで生産される食料と、地域住民で生産される食材とを集合して育成関連施設と地域住民とが消費する食料又は食材として再分配して地産地消し、統合人工知能が、ビッグデータに基づき最良の前記食料又は食材の再分配をディープラーニングで予測及び管理して運営することを特徴とする。
以下に、図面を用いて本発明に係る人工知能を活用した一次産業の統合型工場育成システム1につき、詳細に説明する。図1に、本発明に係る一次産業の統合型工場育成システム1におけるエネルギの生産及び消費に関するネットワークの一つの実施形態を示す。図2に、本明細書で対象とする産業の主な育成物40の種類、及び産業ごとの統合人工知能30の分担を説明図で示す。また、図3(a)に、地域統合管理センタ4aと統合工場ユニット2A,2B,2Cとのエネルギ管理ネットワークの構成を説明図で示す。また、図4に、広域統合管理センタ4nと地域統合管理センタ4a,4b,4cとのエネルギ管理ネットワークの構成を説明図で示す。さらに、図5に、広域エネルギ生産施設3nと地域エネルギ生産施設3a,3b,3cとのエネルギ生産ネットワークの構成を説明図で示す。このように、本発明のエネルギの生産及び消費に関するネットワークは、図3に示す地域ごとのエネルギ管理ネットワークと、図4に示す、地域と広域とのエネルギ管理ネットワークと、図5に示す、地域と広域とのエネルギ生産ネットワークとの3重のネットワークが形成されている。
図2には、本明細書で対象とする産業の主な育成物40の種類、及び産業ごとの統合人工知能30の分担を示す。統合工場ユニット2は、農業専用工場ユニット2a、漁業専用工場ユニット2b、畜産業専用工場ユニット2c、及び林業専用工場ユニット2dから構成される。このうち、少なくとも当該地域の特性を生かして選択された複数の統合工場ユニット2が統合される。以下、各専用工場ユニット2a〜2dについて個別に説明する。
図2に示すように、農業専用工場ユニット2aで育成される農業育成物40aには、例えば、魚介類又は家畜の餌となる穀類、果物、野菜、根菜、豆類が含まれる。但し、これらの農業育成物40aは、市場に出荷されて消費者が食しても良い。また、農業専用工場ユニット2aには、育成されている農作物を加工する農作物加工工場16が隣接され、他の魚介類や家畜の餌、或いはバイオマス発電の燃料として利用される。このように、農業育成物40aを人間の食材、魚介類又は家畜の餌、及びバイオマス発電の燃料といったように仕分なければならない。この仕分は、農業用人工知能30aが、育成物データベース22に保存されている過去の記録をビックデータとして参照して予想する。
また、図2に示すように、漁業専用工場ユニット2bで育成される漁業育成物40bには、例えば、一般的な魚類、その魚類の餌となる小魚、プランクトン、貝類、甲殻類、及び、海藻類が含まれる。漁業専用工場ユニット2bには、育成されている魚介類を処理する水産物加工工場17が隣接され、他の魚介類や家畜の餌、農産物や木材の肥料、或いはバイオマス発電の燃料として利用する。このように、漁業育成物40bを人間の食材、他の魚介類又は家畜の餌、及びバイオマス発電の燃料といったように仕分なければならない。この仕分は、漁業用人工知能30bが、育成物データベース22に保存されている過去の記録をビックデータとして参照して予想する。
また、図2に示すように、畜産業専用工場ユニット2cにて育成される畜産業育成物40cには、肉牛、乳牛、豚、鶏、鶏卵、羊、みつばち等が含まれる。畜産業専用工場ユニット2cには、育成されている家畜から生じる残飯や糞尿を処理する家畜加工工場18を隣接させ、他の家畜や魚介類の餌、農産物や木材の肥料、或いはバイオマス発電の燃料として利用する。このように、畜産業育成物40cを人間の食材、他の家畜の餌、及びバイオマス発電の燃料といったように仕分なければならない。この仕分は、畜産業用人工知能30cが、育成物データベース22に保存されている過去の記録をビックデータとして参照して予想する。
さらに、図2に示すように、林業専用工場ユニット2dにて育成される林業育成物40dには、針葉樹、広葉樹、間伐材、常緑材、シイタケ等が含まれる。木材を製材する課程で発生する木屑、又は林業専用工場ユニット2dで発生する間伐材や木片をバイオマス発電に利用し、また、林業専用工場ユニット2dで育成された幼木を各統合工場ユニット2の中庭12に移設して植樹する。また、移設された幼木が成長して中庭12に上昇気流発電システム23fが機能し、中庭12を中心に温度が下がり気温や湿度を制御することができる。
すなわち、地域統合管理センタ4a,4b,4cは、各専用工場ユニット2a,2b,2c,2dで生産される食材と、各加工工場16〜19で生産される食材とを各専用工場ユニット2a,2b,2c,2d内で育成している育成物40a,40b,40c,40dと地域住民とに地産地消させる。統合人工知能30は、ビッグデータに基づき育成物40a,40b,40c,40dと地域住民との最良のエネルギ分配をディープラーニングで予測する。
図1、図4に、地域統合管理センタ4を連携して管理する広域統合管理センタ4nを示す。この広域統合管理センタ4nは、地域統合管理センタ4の保有する育成物40に関する情報を集約する。この広域統合管理センタ4nと地域統合管理センタ4とのネットワークは、エネルギに関するシステムだけに限らず、例えば、食料又は食材に関する給餌システムや糞尿や残飯、残材等に関する糞尿処理システムにも適用される。そして、広域統合管理センタ4nは、統合人工知能30を活用して広域統合管理センタ4nに属する各育成物40全体の食料又は食材、或いは糞尿や残飯、残材等の生産、回収、及び再分配を統合して管理する。ここで、地域統合管理センタ4の集合体の設置範囲を「広域」としたのは、「地域」ごとの産業の特色を生かしつつ、より広い範囲で相互に補完し合う体制をとることが望ましいからである。例えば、図1に示す地域エネルギ生産施設3cでは漁業専用工場ユニット2bが無いため魚介類から採れる肥料が不足する場合は、他の地域エネルギ生産施設3a,3bから調達することになるが、それでも不足する場合は、広域エネルギ生産施設3n内の他の地域エネルギ生産施設3a〜3cから融通してもらうことができる。この融通を含め、広域エネルギ生産施設3nに跨る広域給餌システムは、給餌用人工知能30nを活用することでシステムが確立する。また、バイオマス発電所13などの関連施設については、個々の地域統合管理センタ4ではなく広域統合管理センタ4nが管理する。
図3(b)に、地域統合管理センタ4と統合工場ユニット2とのエネルギ管理ネットワークの一つの例として給餌システムについて説明する。広域統合管理センタ4nは、広域統合管理センタ4nに属する育成物40の給餌システムを管理する広域給餌システム管理部5bを備える。そして、広域給餌システム管理部5bは、給餌用人工知能30nを活用して統合工場ユニット2の各育成物40の処理された食料に含まれる栄養素を分析して他の統合工場ユニット2の各育成物40に供給するシステムを全体管理する。そして、広域給餌システム管理部5bは、各専用工場ユニット2a,2b,2c,2dと、統合工場ユニット2A,2B,2Cとで生産される食料を合算しての育成物40と地域住民とが消費する食料又は食材として再分配して地産地消する。また、統合人工知能30は、ビッグデータに基づき最良の食料及び食材の再分配をディープラーニングで予測及び管理して運営する。
図3(b)に、地域統合管理センタ4と統合工場ユニット2とのエネルギ管理ネットワークの例として糞用システムを示す。広域統合管理センタ4nは、また、広域統合管理センタ4nに属する育成物40の糞尿処理システムを管理する広域糞尿処理システム管理部6bを備える。そして、地域統合管理センタ4は、各専用工場ユニット2a〜2dで排出される育成物の糞尿と、地域住民から排出される糞尿とを広域エネルギ生産施設に集約してエネルギを生産するための燃料とし、統合人工知能30は、ビッグデータに基づき育成物40と地域住民又は広域住民との糞尿処理に関する最良の再分配をディープラーニングで予測及び管理して運営する。また、広域糞尿処理システム管理部6bは、糞尿処理用人工知能30mを活用して統合工場ユニット2の各育成物40の処理された糞尿に含まれる栄養素を分析して他の統合工場ユニット2の各育成物40に供給するシステムを全体管理する。図1に示す地域エネルギ生産施設3cでは漁業専用工場ユニット2bが無いため魚介類から採れる糞尿が無い場合は、他の地域エネルギ生産施設3a,3bから調達することになるが、それでも不足する場合は、広域エネルギ生産施設3n内の他の地域エネルギ生産施設3から融通してもらうことができる。この融通を含め、広域エネルギ生産施設3nに跨る広域糞尿処理システム管理部6bは、糞尿処理用人工知能30mを活用することでシステムが確立する。ここで、その集合体の設置範囲を「広域」としたのは、「地域」ごとの産業の特色を生かしつつ、より広い範囲で相互に補完し合う体制をとることが望ましいからである。
図7に、地域エネルギ生産施設3a〜3cを閉鎖型として外部環境から遮断し、施設内部に人工環境を発生させる建屋を示す。つまり、閉鎖型の統合工場ユニット2は、外部環境から育成物40を防御し、育成物40を望ましい内部環境にて育成する。図7に示すように、外部環境から育成物40を遮断するとは、例えば、閉鎖型の統合工場ユニット2により一酸化炭素や二酸化炭素、騒音・振動、冷気・暖気、太陽光、降雨・積雪等の進入を低減することをいう。また、育成物40を望ましい内部環境にて育成するとは、閉鎖された内部の温湿度や日照量を制御し、気流や浮遊物質を抑え、アロマの香りなどを空間に流すことを言う。このため、各統合工場ユニット2は、閉鎖された内部の温湿度を制御する温湿度制御部8と、日照量を制御する日照量制御部9とを備える。そして、室内の気流や浮遊物質を抑え、アロマの香りなどを発散させる。これにより、多様な生物群からなる育成物40に対し育成物40ごとに最適な人工環境を形成することが可能となり、生産地が特定の地域に限定されていた生産物について、自由に生産地化することができるようになる。また、必要な育成物40を障害なく育成することが可能になる。
図10に、再生可能エネルギ23の電力供給システムの構成を示す。再生可能エネルギ23には、太陽光発電システム23a、バイオマス発電システム23b、風力発電システム23c、地中熱発電システム23d、地熱発電システム23e、上昇気流発電システム23f等があるが、各地域60a〜60d、或いは各広域では、それぞれその土地に最適な再生可能エネルギ23を選択することができる。このうち、太陽光発電システム23aは、図8に示すように、統合工場ユニット2の建屋の屋上や壁に容易にソーラパネル15を設置すれば発電できる。また、地中熱発電システム23dは、地中熱ヒートポンプを利用して温度差により発電するシステムである。本明細書では、上記再生可能エネルギ23のうち、特に、本願発明と関連性のあるバイオマス発電システム23b及び上昇気流発電システム23fについて説明する。なお、再生可能エネルギ23の供給システムにはタービン24が含まれ、タービン24を回転して発生した電気が蓄えられる。
図11に、再生可能エネルギ23の燃料供給システム及びバイオマス発電による熱の発生を示す。林業専用工場ユニット2dで発生した間伐材や木片などの木質、又は木材加工工場19で発生した木屑や木片を燃料とする。そして蒸気を発生させて蒸気タービン24aを回転させて発電するか、又は発生した熱を回収する。畜産業専用工場ユニット2cから発生した糞尿、又は畜産業専用工場ユニット2cから発生した食べ残し等の残飯、又は家畜加工工場18で発生した肉片等の燃料を処理して固形燃料とする。そして、これらの固形燃料を加湿器で発酵させる。これらの燃料からメタンガスやメタノールを回収してガスタービン24bを回転させて発電するか、又は熱を回収する。このように、統合型工場育成システム1では、再生可能エネルギ23を活用して育成物40の食料だけではなくエネルギにかかるコストも低減することが可能となる。回収された熱エネルギは、再生可能エネルギ23として温湿度管理部8bにより各統合工場ユニット2の暖房に利用されても良い。
広域統合管理センタ4nは、広域エネルギ生産施設3nとして太陽光発電所を設ける。専用工場ユニット2a〜2d、統合工場ユニット2A〜2C、地域統合管理センタ4a〜4c、及び広域統合管理センタ4nのいずれかの施設70に設置された太陽光発電システムにより発生した電力は、太陽光発電所に集電される。このように、太陽光発電に関しても育成物40と地域住民又は広域住民の育成施設75で生産され、育成物40と地域住民又は広域住民に還元できる。
広域統合管理センタ4nは、広域エネルギ生産施設3nとして地中熱発電所又は地熱発電所を設ける。地中熱発電システム23d又は地熱発電システム23eにより発生した電力は、地域エネルギ生産施設3a〜3c、又は広域エネルギ生産施設3nに集電される。寒冷地においては、冬季に広域住民の暖房に使用される。また、余剰の電力は融雪に使用される。このように、地中熱発電所又は地熱発電所に関しても、地域又は広域で生産され、育成物40と地域住民又は広域住民に還元できる。
図12に、バイオマス発電による食料等のエネルギ再生の仕組みを示す。地域統合管理センタ4aは、各専用工場ユニット2a〜2cからの育成物40を処理して直接発生する食料と、各専用工場ユニット2a〜2c、加工工場16〜19から発生する、例えば、木屑などの処理により発生する残材を集める給餌システム管理部5aを備える。給餌システム管理部5aは、地域住民から発生した家庭ごみ等も家畜加工工場18に集める。給餌システム管理部5aは、給餌用人工知能30nを活用し、統合工場ユニット2の各育成物40の処理された食料を他の育成物40の成長により広く活用することができ、資源の有効利用がより促進される。これにより、食料に含まれる栄養素を分析して他の統合工場ユニット2の各育成物40の食材として地産地消するシステムを管理することができ、資源の有効利用が促進される。
図13に、バイオマス発電による糞尿等のエネルギ再生の仕組みを示す。ここでは、育成物40は、畜産業専用工場ユニット2cの畜産業育成物40cとする。地域統合管理センタ4aは、畜産業育成物40cから発生した糞尿や残飯を管理する糞尿処理システム管理部6aを備える。糞尿処理システム管理部6aは、畜産業育成物40cから糞尿及び残飯を家畜加工工場18に集める。また、地域住民から発生した糞尿や残飯を家畜加工工場18に集めても良い。そして、糞尿処理システム管理部6aは、糞尿処理用人工知能30mを活用し、統合工場ユニット2の各育成物40の処理された糞尿や残飯、地域住民から発生した糞尿や残飯を他の育成物40の肥料や食料にする。これにより、糞尿や残飯を効率的に処理することができる。また、糞尿や残飯をバイオマス発電の燃料とすることで、再生エネルギに変換し、各専用工場ユニット2a〜2dに還元できる。また、糞尿や残飯に含まれる栄養素を糞尿処理用人工知能30mにより分析して他の統合工場ユニット2の各育成物40に供給するシステムを管理でき、資源の有効利用が促進される。
図14に、育成状況判断部7の機能、及び統合人工知能30による判断をフロー図で示す。上述したように、本発明は、育成物40a〜40dを対象として食料及び食材の地産地消を目的としている。これのメリットの一つとして、食料及び食材を有効に活用することが挙げられる。図6で地域統合管理センタ4aは、各育成物40a〜40dの育成状況を判断する育成状況判断部7を備えていることを述べた。この育成状況判断部7は、食料及び食材の地産地消の一環として、育成物40a〜40dの例として図2に示す穀物等の農作物について、その育成状況から地域住民用の穀物にするか、或いは豚や鶏等の育成物40a〜40d用の飼料とするか、或いは家庭菜園等の肥料とするかを判断しなければならない。ここでは、育成物40a〜40dの例として穀物を対象として育成度判定部7aの判断を示す。
図15に、広域統合管理センタ4nに設けられた地域活性化のための組織を示す。広域統合管理センタ4nは、広域に属する各地域60a〜60cにツアー客等を呼び込みその地域60a〜60cの産業活性化を図るため、活性化対策部150、自然体験ツアー企画部155、テーマパーク推進部160、及び観光スポット推進部165を備える。地域活性化対策部150、自然体験ツアー企画部155、テーマパーク推進部160、及び観光スポット推進部165を備える。
図16に、広域統合管理センタ4nによる各地域統合管理センタ4a〜4cのレストラン等の管理組織一つの実施例を示す。地域統合管理センタ4a〜4cは、それぞれ地域60A〜60Cの食材を生かした料理を開発するメニュー創作部90a〜90c、及び開発したメニューによる料理を提供するレストラン部80a〜80cを備える。メニュー創作部90a〜90cは、どのような食材を用いてどんな料理を創作したらよいかについて育成物データベース22を参照する統合人工知能30を活用して決定する。また、他の地域統合管理センタ4a〜4cからの調達可能な食材の情報や調理法に関する情報等を入手する。また、広域統合管理センタ4nは、地域統合管理センタ4a〜4cの各レストラン部80a〜80cの創作した料理について下した総合評価を公表する。これにより、この統合型工場育成システム1をその地域60A〜60Cの財産として活用し、レストラン部80a〜80cなどのサービス業に生かすことができ、地域活性化又は広域活性化が達成される。
11 自然採光システム、12 中庭、13 バイオマス発電所、15 ソーラパネル、16 農作物加工工場、17 水産物加工工場、18 家畜加工工場、19 木材加工工場、21 育成物撮像部,21a 撮像カメラ,21b センサ,21c ビデオカメラ,21d 育成状況データ,21e 画像データ,21f センサデータ、22 育成物データベース、23 再生可能エネルギ,23a 太陽光発電システム,23b バイオマス発電システム,23c 風力発電システム,23d 地中熱発電システム,23e 地熱発電システム,23f 上昇気流発電システム、24 タービン,24a 蒸気タービン,24b ガスタービン、25a 育生物の分類、25b 育成物の名称、25c 個体識別番号、26 植樹、27 水槽(いけす)、28 人工照明による植物工場、29 天窓、30 統合人工知能,30a 農業用人工知能,30b 漁業用人工知能,30c 畜産業用人工知能,30d 林業用人工知能、30n 給餌用人工知能,30m 糞尿処理用人工知能、40a 農業育成物(農作物),40b 漁業育成物(水産物),40c 畜産業育成物(家畜・家禽),40d 林業育成物(木材)、55 育成物体験エリア、60a〜60c,60A〜60C 地域、75 育成施設、80a,80b,80c レストラン部、90a,90b,90c メニュー創作部、100 農業体験ゾーン、105 植物工場、110 回遊魚用水槽、115 魚釣り場、120 室内牧場、130 森林ゾーン、135 遊歩道、140 橋、145 撮像カメラ、150 地域活性化対策部、155 自然体験ツアー企画部、160 テーマパーク推進部、165 観光スポット推進部、175 アンテナショップ部。
Claims (10)
- 地域の一次産業の育成物が育成される専用工場ユニットが地域ごとに統合された統合工場ユニットと、前記統合工場ユニットを統合して管理する地域統合管理センタとが前記育成物への食料提供システムを構築する一次産業の統合型工場育成システムであって、
前記育成物を階層化された前記統合工場ユニットの各階に収納して人工環境下で育成し、
前記地域統合管理センタは、前記育成物の育成状況を判断する育成状況判断部、及び 、前記専用工場ユニット又は前記統合工場ユニットへの日照量を制御する日照量制御部を備え、
前記育成状況判断部は、センサ及び撮像カメラを用いて前記育成物の育成状況を判断し、育成状況データを温湿度制御部により記録された温湿度データ及び前記日照量制御部により記録された日照量データと関連付けて育成物データベースに保存し、
前記地域統合管理センタは、前記日照量データを前記日照量制御部にフィードバックすることを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。 - 請求項1に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記統合工場ユニットの低層部には比較的低温が好ましい前記育成物か、又は前記日照量を比較的に必要としない前記育成物を配置し、前記統合工場ユニットの高層部には比較的高温が好ましい前記育成物か、又は前記日照量を比較的に必要とする前記育成物を配置することを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項2に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記統合工場ユニットには、周囲に回遊魚を養殖する円形の水槽を設置し、前記水槽の外周又は内周から前記回遊魚の回遊を観覧できることを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記育成状況判断部は、円形の水槽を回遊する回遊魚を撮影する前記撮像カメラ及び前記センサにより、前記回遊魚を定期的に撮影して前記育成状況を判断し、前記撮像カメラで記録された画像データ及び前記センサで感知されたセンサデータを前記育成物データベースに記録することを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記統合工場ユニットは、中庭の煙突効果による上昇気流を利用したタービン発電システムにより、前記統合工場ユニット内を自然冷却してオゾンを発生させ、前記中庭を活用した自然採光システムにより森林浴が可能であることを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項5に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記統合工場ユニットの前記中庭に人工的な森林を植林し、前記中庭に前記オゾンを発生させ、前記中庭を活用した前記自然採光システムによる前記森林浴が可能なことを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記統合工場ユニットには、学生又は社会人に前記育成物の育成を見学させる育成物見学コースが整備され、前記育成物見学コースを前記学生の課外授業又は前記社会人の研修として見学させる育成物体験ツアーが開催され、前記学生又は前記社会人を育成することを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記統合工場ユニットには、自然体験エリア及び前記育成物の育成状況観察エリアが設置され、自然のなかで一次産業に関連した体験ができることを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記地域統合管理センタには、収穫された生産物を食材として生かした料理を開発して提供するレストラン部が備えられることを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の一次産業の統合型工場育成システムであって、前記地域統合管理センタは、地域で収穫された生産物を食材として生かした土産及び弁当を開発して提供するアンテナショップ部を備え、生産された前記土産及び前記弁当の品質、安全性、健康効果に下した総合評価が公表されることを特徴とする一次産業の統合型工場育成システム。
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